張?jiān)苼?lái)， 張軍營(yíng)， 洪 峰， 邵 斌， 黃家輝

(1.中國(guó)科學(xué)院 大連化學(xué)物理研究所 金催化研究中心，遼寧 大連 116023；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

隨著化石能源的枯竭及環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，將生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的化學(xué)品逐步引起人們的關(guān)注[1-3]。纖維素作為含量最為豐富的生物質(zhì)資源，其水解產(chǎn)物葡萄糖及葡萄糖氧化產(chǎn)物葡萄糖酸及其鹽因良好的生物相容性，被廣泛應(yīng)用于食品、制藥、造紙等行業(yè)。近些年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)在Pd、Pt和 Au等催化劑作用下可以實(shí)現(xiàn)葡萄糖到葡萄糖酸及其鹽的高效轉(zhuǎn)化[1,4-5]。但Pd和Pt等催化劑在反應(yīng)中存在貴金屬流失及其導(dǎo)致的催化劑失活問(wèn)題，而納米金催化劑在葡糖糖氧化過(guò)程中不僅具有較高的活性和產(chǎn)物選擇性，而且有非常好的反應(yīng)穩(wěn)定性[6-7]。因此，納米金催化葡萄糖選擇氧化成為了研究熱點(diǎn)之一[1,8]。2002年，Serena Biella發(fā)現(xiàn)Au/C(活性炭負(fù)載的納米金催化劑)對(duì)葡萄糖氧化成葡萄糖酸具有非常好的效果[9]。隨后，人們陸續(xù)對(duì)葡萄糖選擇氧化機(jī)理、催化劑制備方法和納米金粒子大小對(duì)催化活性的影響進(jìn)行了詳細(xì)考察[10-12]。研究發(fā)現(xiàn)，金納米粒子的尺寸對(duì)金催化劑的反應(yīng)活性具有非常明顯的影響，但是，由于活性炭載體與金納米粒子作用較弱，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，金顆粒會(huì)逐漸長(zhǎng)大，進(jìn)而導(dǎo)致催化劑活性逐漸降低。因此，筆者選用與金納米粒子具有較強(qiáng)相互作用的金屬氧化物作為載體，詳細(xì)考察了反應(yīng)過(guò)程中pH值、反應(yīng)溫度、氧氣體積分?jǐn)?shù)及氧化物載體種類(lèi)等對(duì)氧化物負(fù)載納米金催化葡萄糖選擇氧化反應(yīng)活性的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

葡萄糖、氫氧化鈉，AR，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；HAuCl4，質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.99%，沈陽(yáng)金屬所產(chǎn)品；TiO2(p25)、ZrO2、ZnO，納米級(jí)，阿拉丁公司產(chǎn)品；聚乙烯醇(Poly(vinyl alcohol)，簡(jiǎn)稱(chēng)PVA)，相對(duì)分子質(zhì)量16000，質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%，比利時(shí)ACROS有限公司產(chǎn)品；NaBH4(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；氧氣(O2)體積分?jǐn)?shù)分別為10%、20%、60%、100%，大連大特氣體有限公司產(chǎn)品。

DZG-6050型真空干燥箱(上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司產(chǎn)品)；KSL-1200X馬弗爐(合肥科晶材料技術(shù)有限公司產(chǎn)品)；METROHM 902 Titrando(瑞士萬(wàn)通公司產(chǎn)品)全自動(dòng)電位滴定儀；IKA RCT basic磁力攪拌器(德國(guó)IKA公司產(chǎn)品)。

1.2 催化劑制備

采用溶膠-固載法制備不同氧化物(氧化鈦、氧化鋯、氧化鋅)負(fù)載的納米金催化劑。取2.42 g HAuCl4溶液(30.2 mmol/L)于200 mL燒杯中，加入100 mL去離子水；然后攪拌10 min(轉(zhuǎn)速600 r/min)，加入9.2 g相對(duì)分子質(zhì)量為16000、質(zhì)量濃度為 0.015 mmol/L 的PVA(聚乙烯醇)溶液；繼續(xù)攪拌30 min，再快速加入18.4 mg NaBH4，得到金膠體溶液。將氧化物載體加入到上述金溶膠溶液中。根據(jù)氧化物的等電點(diǎn)，調(diào)節(jié)溶液的pH值，確保金納米粒子擔(dān)載到載體上。最后，老化3 h,過(guò)濾、洗滌、烘干，300 ℃空氣氣氛下焙燒2 h，分別得到金理論擔(dān)載質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%的Au/TiO2、Au/ZrO2、Au/ZnO催化劑。

1.3 催化劑性能評(píng)價(jià)

稱(chēng)取2.62 g葡萄糖裝入100 mL三頸燒瓶中，再依次加入18.2 mg催化劑和50 mL超純水。反應(yīng)物葡萄糖與金的摩爾比約為16000：1，葡萄糖摩爾濃度為0.29 mol/L。將三頸燒瓶放入恒溫水槽中緩慢攪拌。待溶液溫度升到設(shè)定溫度后，打開(kāi)全自動(dòng)電位滴定儀，設(shè)置pH值，將攪拌速率調(diào)整到1000 r/min。通入一定濃度氧、氮混合氣體(60 mL/min)，開(kāi)始反應(yīng)。反應(yīng)期間，通過(guò)全自動(dòng)電位滴定儀控制溶液的pH值恒定在設(shè)定值。根據(jù)堿性條件下葡萄糖氧化的反應(yīng)機(jī)理(見(jiàn)圖1)[13]，在沒(méi)有副反應(yīng)存在的情況下，葡萄糖與消耗的堿存在摩爾比為1∶1的化學(xué)計(jì)量比關(guān)系。因此可以用消耗的堿液量(1 mol/L NaOH)來(lái)計(jì)算葡萄糖的轉(zhuǎn)化率。當(dāng)葡萄糖完全轉(zhuǎn)化后，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，溶液的pH值不會(huì)再發(fā)生變化。此時(shí)，增加反應(yīng)時(shí)間消耗的堿液量也不會(huì)增加，這就導(dǎo)致葡萄糖轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線會(huì)有一個(gè)平臺(tái)出現(xiàn)，代表反應(yīng)的終止。

葡萄糖轉(zhuǎn)化率(x)及轉(zhuǎn)化頻率(Turnover frequency, TOF，h-1)計(jì)算公式如下:

(1)

(2)

ngold=ntotal×d

(3)

式中，nglucose表示轉(zhuǎn)化的葡萄糖的物質(zhì)的量，mol；ninitial表示葡萄糖總物質(zhì)的量，mol；ngold表示負(fù)載的金顆粒表面金原子的物質(zhì)的量，mol;t為反應(yīng)時(shí)間，h；ntotal表示催化劑上負(fù)載的金的物質(zhì)的量，mol；d為金屬分散度(d=1/D,其中D為金顆粒的平均粒徑)。

圖1 葡萄糖氧化反應(yīng)過(guò)程Fig.1 Scheme of glucose oxidation

1.4 催化劑表征

采用美國(guó)Micromeritics公司生產(chǎn)的ASAP2020型全自動(dòng)物理吸附儀(N2物理吸附)測(cè)試樣品的比表面積。首先，在250 ℃下真空脫氣6 h，除去水分及其他雜質(zhì)；然后，在-196 ℃下進(jìn)行N2吸附-脫附實(shí)驗(yàn)；最后，通過(guò)BET方法計(jì)算樣品的比表面積。

利用Shimadzu公司生產(chǎn)的ICPS-8100型等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)測(cè)定催化劑的金擔(dān)載量。在金離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 μg/g左右、酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò)10%的條件下進(jìn)行測(cè)試。

樣品的CO吸附實(shí)驗(yàn)是在美國(guó)Bruker公司生產(chǎn)的VERTEX 70型紅外光譜儀上進(jìn)行。首先，在120 ℃和He氣氛下吹掃30 min；然后，通過(guò)低溫裝置降溫到25 ℃，掃描背景3次；最后，通入CO，檢測(cè)CO吸附峰的位置。

樣品透射電鏡表征是在日本電子株式會(huì)社生產(chǎn)的JEM-2100型透射電子顯微鏡(TEM)上進(jìn)行。加速電壓是3.0 kV。將少量樣品加入到3 mL乙醇中，超聲分散，然后滴加到涂覆有碳膜的銅網(wǎng)上。待乙醇揮發(fā)后進(jìn)行電鏡觀察。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH值對(duì)Au/TiO2催化葡萄糖氧化反應(yīng)活性的影響

首先以Au/TiO2催化劑為模型催化劑，考察了pH值對(duì)Au/TiO2催化葡萄糖氧化制葡萄糖酸的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知，pH值對(duì)Au/TiO2催化葡萄糖氧化反應(yīng)速率有很大影響。當(dāng)pH值為8.5時(shí)，反應(yīng)速率較低，其TOF只有3.42×102h-1。隨著pH值的增加，其反應(yīng)速率急劇增加。當(dāng)pH值為9.5時(shí)，其轉(zhuǎn)化頻率提升了一個(gè)數(shù)量級(jí)，為 4.4×103h-1。進(jìn)一步提升pH值到10.5，其TOF進(jìn)一步增加到7.4×103h-1?？梢?jiàn)增加pH值可以顯著提高葡萄糖氧化的反應(yīng)速率。但是從圖2(a)可以看出，當(dāng)pH值太高或太低時(shí)，反應(yīng)消耗了與葡萄糖投放量相同物質(zhì)的量的堿液后，葡萄糖轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線并沒(méi)有平臺(tái)出現(xiàn)的趨勢(shì)，說(shuō)明反應(yīng)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)可以繼續(xù)進(jìn)行。這種現(xiàn)象表明，在此條件下的反應(yīng)過(guò)程中，葡萄糖氧化的反應(yīng)路徑發(fā)生了改變，有過(guò)度氧化等副反應(yīng)發(fā)生。由此可見(jiàn)，在葡萄糖氧化反應(yīng)過(guò)程中，pH值的選擇至關(guān)重要。當(dāng)pH值為9.5時(shí)，不僅可以保持一個(gè)較高的催化反應(yīng)速率，而且可以將反應(yīng)控制在葡萄糖酸生成這一步，避免過(guò)度氧化發(fā)生。這一結(jié)論與Biella等[14]研究的Au/C催化劑體系所得出結(jié)論一致，即當(dāng)pH值過(guò)高時(shí)，將會(huì)發(fā)生堿催化反應(yīng)，如Claisen縮合、Cannizzaro反應(yīng)和異構(gòu)化等。

圖2 pH值對(duì)Au/TiO2催化葡萄糖氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率(x)和轉(zhuǎn)化頻率(TOF)的影響Fig.2 Effect of pH value on glucose conversion (x) and TOF over Au/TiO2 catalystReaction condition: n(Glucose)/n(Au)=16000; T=60 ℃; φ(Oxygen)=20%(a) x; (b) TOF

2.2 溫度對(duì)Au/TiO2催化葡萄糖氧化反應(yīng)活性的影響

在pH值為9.5的條件下，考察了溫度對(duì) Au/TiO2催化葡萄糖氧化制葡萄糖酸的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖3(a)可以看出，當(dāng)反應(yīng)溫度為30 ℃時(shí)，葡萄糖轉(zhuǎn)化速率很慢，需要9 h才能完全轉(zhuǎn)化。隨著反應(yīng)溫度的升高，葡萄糖轉(zhuǎn)化速率變快，完全轉(zhuǎn)化所需的時(shí)間逐漸減少。當(dāng)反應(yīng)溫度為60 ℃時(shí)，葡萄糖全部轉(zhuǎn)化所需的時(shí)間降為3.7 h。TOF計(jì)算結(jié)果也表明，隨著反應(yīng)溫度的升高，催化劑的本征反應(yīng)速率也從30 ℃的1.16×103h-1，提升到60 ℃的4.41×103h-1(圖3(b))?？梢?jiàn)反應(yīng)溫度對(duì)于Au/TiO2催化葡萄糖氧化的速率有很大的影響。提高反應(yīng)溫度有利于葡萄糖氧化反應(yīng)的進(jìn)行。但是，當(dāng)反應(yīng)溫度進(jìn)一步提高到70 ℃時(shí)，反應(yīng)的TOF僅為2.52×103h-1，遠(yuǎn)低于60 ℃的TOF。從反應(yīng)后溶液的顏色可以看到，當(dāng)反應(yīng)溫度為70 ℃時(shí)，反應(yīng)溶液變?yōu)樯钭厣?、糊狀，且有芳香味。根?jù)文獻(xiàn)[15]所述，這種情況可能是由于反應(yīng)溫度過(guò)高導(dǎo)致葡萄糖發(fā)生異構(gòu)化、過(guò)度氧化、結(jié)焦等引起。因此，葡萄糖氧化過(guò)程反應(yīng)溫度控制在60 ℃時(shí)有較好的結(jié)果。

2.3 氧氣體積分?jǐn)?shù)對(duì)Au/TiO2催化葡萄糖氧化反應(yīng)活性的影響

在pH值為9.5、反應(yīng)溫度為60 ℃的條件下，考察了氧氣體積分?jǐn)?shù)對(duì)Au/TiO2催化葡萄糖氧化反應(yīng)的影響。由圖4可知，當(dāng)氧氣體積分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，葡萄糖氧化反應(yīng)的速率很慢，反應(yīng)完成所需的時(shí)間約為12 h，其TOF僅為1.36×103h-1。當(dāng)氧氣體積分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，葡萄糖完全轉(zhuǎn)化的時(shí)間極大地縮短，僅需222 min，對(duì)應(yīng)TOF也提高到了4.41×103h-1?？梢?jiàn)氧氣體積分?jǐn)?shù)對(duì)Au/TiO2催化葡萄糖氧化反應(yīng)的速率影響較大。進(jìn)一步提高混合氣體中氧氣體積分?jǐn)?shù)到60%、100%，葡萄糖氧化反應(yīng)速率進(jìn)一步增加，其完全轉(zhuǎn)化時(shí)間也分別縮短到2.7 h和2.3 h，TOF提升到5.28×103h-1和6.77×103h-1。Beltrame等[12]報(bào)道，對(duì)于沒(méi)有氧化物負(fù)載的金溶膠催化葡萄糖選擇氧化，葡萄糖和氧氣的反應(yīng)級(jí)數(shù)分別為0.4和1.0。當(dāng)葡萄糖濃度一定時(shí)，反應(yīng)速率隨著氧氣體積分?jǐn)?shù)的增加而增加。但當(dāng)氧氣體積分?jǐn)?shù)超過(guò)20%時(shí)，可能受到溶液中氧氣溶解度的限制，進(jìn)一步提高氧氣體積分?jǐn)?shù)對(duì)葡萄糖氧化反應(yīng)的促進(jìn)作用變?nèi)酢?/p>

圖4 氧氣體積分?jǐn)?shù)對(duì)Au/TiO2催化葡萄糖氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率(x)和轉(zhuǎn)化頻率(TOF)的影響Fig.4 Effect of volume fraction on glucose conversion (x) and TOF over Au/TiO2 catalystsReaction condition: n(Glucose)/n(Au)=16000; pH=9.5; T=60 ℃; φ(Oxygen)=20%(a) x; (b) TOF

2.4 載體對(duì)納米金催化葡萄糖氧化反應(yīng)活性的影響

2.4.1 活性評(píng)價(jià)

Ishida等[16]對(duì)納米金催化葡萄糖氧化反應(yīng)的粒徑效應(yīng)進(jìn)行過(guò)詳細(xì)考察，發(fā)現(xiàn)金顆粒尺寸顯著影響催化活性。但是，此工作采用的固相研磨法和沉積-沉淀法制備的金顆粒尺寸分布較寬，而且很難在不同載體上負(fù)載相似尺寸的金顆粒，因此很難考察載體效應(yīng)對(duì)金催化劑活性的影響。筆者采用溶膠法制備了尺寸相似的金膠體顆粒，然后均勻負(fù)載到氧化鈦、氧化鋯、氧化鋅載體上，通過(guò)空氣氣氛焙燒除去PVA (聚乙烯醇) 保護(hù)劑，金顆粒尺寸完好保持。在此基礎(chǔ)上考察了載體效應(yīng)對(duì)納米金催化葡萄糖氧化反應(yīng)的影響，結(jié)果見(jiàn)圖5。從圖5可以看出，不同載體負(fù)載的納米金催化劑對(duì)葡萄糖氧化反應(yīng)的活性由高到低的排列順序是Au/ZrO2、Au/TiO2、Au/ZnO。經(jīng)計(jì)算得出Au/ZrO2、Au/TiO2和Au/ZnO催化氧化葡萄糖的TOF分別是5.13×103h-1、4.41×103h-1、4.15×103h-1。以上結(jié)果表明，Au/ZrO2催化劑對(duì)葡萄糖氧化反應(yīng)具有最優(yōu)異的催化活性，這一結(jié)果與Ishida等報(bào)道的結(jié)果一致[16]。

圖5 載體對(duì)納米金催化劑催化葡萄糖氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率(x)和轉(zhuǎn)化頻率(TOF)的影響Fig.5 Effect of supports on glucose conversion (x) and TOF over Au catalystsReaction condition: n(Glucose)/n(Au)=16000; pH=9.5; T=60 ℃; φ(Oxygen)=20%(a) x; (b) TOF

2.4.2 物性表征

(1)電鏡和粒徑分析

為了考察金納米粒子的大小對(duì)葡萄糖氧化反應(yīng)活性的影響，對(duì)Au/ZrO2、Au/TiO2、Au/ZnO催化劑做了電鏡表征，并對(duì)金納米粒子進(jìn)行了粒徑統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)數(shù)超過(guò)400個(gè)，結(jié)果見(jiàn)圖6。從圖6可以看出，金納米粒子高度分散在ZrO2、TiO2、ZnO載體表面，并且尺寸均勻；平均粒徑分別為(3.6±0.8)、(3.8±0.8)、(3.8±0.7) nm。從以上結(jié)果可以看出，不同氧化物載體上金顆粒的尺寸大致相同，因此推測(cè)葡萄糖氧化反應(yīng)活性的差異更可能是載體不同所引起。

(2)ICP和BET分析

對(duì)Au/ZrO2、Au/TiO2、Au/ZnO 3個(gè)納米金催化劑進(jìn)行了ICP表征，結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出，3個(gè)催化劑的金擔(dān)載質(zhì)量分?jǐn)?shù)都接近于1.0%。說(shuō)明溶膠-固載法可以很好地控制金的擔(dān)載量，使不同氧化物載體上金的擔(dān)載量相近。這進(jìn)一步排除了金負(fù)載量對(duì)葡萄糖氧化反應(yīng)活性的影響。以上結(jié)果表明不同氧化物負(fù)載的納米金催化劑在葡萄糖氧化反應(yīng)中活性的差異主要是載體本身性質(zhì)的不同所引起。

由于氣-液-固三相反應(yīng)中，催化劑對(duì)反應(yīng)物的吸附對(duì)反應(yīng)活性有很大的影響，因此，對(duì)這3種氧化物負(fù)載納米金催化劑進(jìn)行了BET表征，見(jiàn)表1。BET表征結(jié)果表明，Au/TiO2催化劑和Au/ZnO催化劑的比表面積相近，而Au/ZrO2催化劑的比表面積僅為Au/TiO2和Au/ZnO比表面積的1/2。催化劑的比表面積越大越容易吸附反應(yīng)物種，對(duì)反應(yīng)通常有促進(jìn)作用；而實(shí)際上比表面積最大的 Au/TiO2催化劑并沒(méi)有展現(xiàn)出最好的反應(yīng)活性。以上結(jié)果表明，催化劑的比表面積與葡萄糖氧化反應(yīng)的活性無(wú)線性關(guān)系。

(3)In situ DRIFT表征

為了進(jìn)一步探究上述催化劑活性差異的原因，對(duì)Au/ZrO2、Au/TiO2、Au/ZnO催化劑進(jìn)行了In situ DRIFT表征，見(jiàn)圖7。由圖7看到，這3個(gè)催化劑在2101 cm-1左右有1個(gè)CO的吸附峰，這個(gè)峰可以歸屬為金屬態(tài)金對(duì)CO的吸附[17]。圖7表明3個(gè)催化劑表面金的電子性質(zhì)是類(lèi)似的；同時(shí)還看到，CO在這3個(gè)催化劑上的吸附量有很大不同,由多到少的順序?yàn)锳u/ZrO2、Au/TiO2、Au/ZnO。納米金催化劑上CO吸附通常與以下3個(gè)因素密切相關(guān)：1)金顆粒分散程度。金顆粒分散程度越高，暴露的表面金原子越多，CO吸附量越大。2)表面金原子配位數(shù)。表面金原子配位數(shù)越低(越不飽和)，CO吸附越強(qiáng)，特別是處于邊、角、臺(tái)階處的金原子，而這和金顆粒形貌密切相關(guān)[18]。Boccuzzi等[17]發(fā)現(xiàn)，相比金顆粒上平面處金原子，邊、角、臺(tái)階處金原子配位數(shù)更低，CO吸附能力顯著增強(qiáng)。3)溫度。相比鈀、鉑催化劑，金催化劑吸附CO能力很弱，隨著溫度升高，CO將快速脫附。在室溫條件下，只有和CO相互作用較強(qiáng)的低配位數(shù)表面金原子才能吸附CO。在本工作中，CO吸附實(shí)驗(yàn)都在25 ℃進(jìn)行，因此可以排除溫度對(duì)CO吸附量的影響。此外，Au/ZrO2、Au/TiO2和 Au/ZnO 的金顆粒尺寸分別為3.6、3.8、3.8 nm，非常相似，也可以基本排除金顆粒分散程度對(duì)CO吸附量的影響。因此，很有可能是Au/ZrO2、Au/TiO2和Au/ZnO上金顆粒表面金原子配位數(shù)的不同導(dǎo)致了CO吸附量的較大差異，而這和金顆粒形貌密切相關(guān)，由金顆粒與載體間相互作用強(qiáng)弱決定。在這3個(gè)催化劑中，Au/ZrO2對(duì)CO吸附量最大，擁有最多低配位數(shù)表面金原子，因而其吸附、活化氧氣能力最強(qiáng)，催化活性最高；其次是Au/TiO2；Au/ZnO最小。當(dāng)然，也不排除由于金顆粒與TiO2、ZnO存在強(qiáng)相互作用，在空氣焙燒過(guò)程中部分TiO2、ZnO會(huì)遷移并覆蓋部分表面金原子，導(dǎo)致暴露的表面活性金原子的減少[19-20]，進(jìn)而導(dǎo)致CO吸附量的減少和催化活性的降低。

圖6 Au/ZrO2、Au/TiO2、Au/ZnO催化劑的電鏡照片和相應(yīng)的金納米粒子粒徑分布Fig.6 TEM images of Au/ZrO2, Au/TiO2, Au/ZnO catalysts and the corresponding size distributions of Au nanoparticles(a), (d) Au/ZrO2; (b), (e) Au/TiO2; (c), (f) Au/ZnO(a), (b), (c) TEM; (d), (e), (f) Particle size distribution

表1 Au/ZrO2、Au/TiO2、Au/ZnO的金擔(dān)載量和比表面積Table 1 Au loadings and BET surface area of Au/ZrO2,Au/TiO2 and Au/ZnO samples

圖7 25 ℃下Au/ZrO2、Au/TiO2、Au/ZnO催化劑CO原位紅外吸收光譜Fig.7 In situ DRIFT spectra of CO adsorption forAu/ZrO2, Au/TiO2, Au/ZnO at 25 ℃

通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，納米金催化劑上CO吸附量的大小與其催化葡萄糖氧化活性的高低是一致的。由于目前實(shí)驗(yàn)條件的限制，很難區(qū)分不同金催化劑上CO吸附量的差異究竟是部分表面金原子在焙燒過(guò)程中被氧化物部分覆蓋所致，還是金顆粒、載體間強(qiáng)相互作用導(dǎo)致金顆粒形貌變化所引起。

3 結(jié) 論

系統(tǒng)地考察了氧化物負(fù)載納米金催化葡萄糖氧化反應(yīng)中，pH值、反應(yīng)溫度、氧氣體積分?jǐn)?shù)及載體對(duì)反應(yīng)活性的影響。研究結(jié)果表明，提高反應(yīng)體系的pH值、反應(yīng)溫度以及氧氣體積分?jǐn)?shù)都可以提高葡萄糖氧化的反應(yīng)速率。但是過(guò)高的pH值和反應(yīng)溫度都會(huì)導(dǎo)致葡萄糖氧化副反應(yīng)的發(fā)生，不利于獲得較高的葡萄糖酸選擇性。通過(guò)比較不同載體負(fù)載納米金催化劑在葡萄糖氧化反應(yīng)中的活性，及結(jié)合電鏡、In situ DRIFT等表征，可以清晰地得出以下結(jié)論，即氧化物載體與金納米粒子相互作用的不同所引起的納米金催化劑活性位點(diǎn)的差異可能是導(dǎo)致催化活性差異的主要原因。